Test sulla linearità della SXp SXVR-H18
Inviato: 31 gen 2021, 1:33
Ciao a tutti. Per evitare confusione tra la versione sbagliata e quella giusta, ho rieditato il testo correggendolo...
Prima che il mio fidato e "datato" CCD della Starlight Xpress (il modello SXVR-H18) presentasse dei problemi di alimentazione (non solo lui a dire il vero... ), discutendo con Paolo sulla "strana" risposta spettrale misurata di alcuni filtri per fotometria (ma questo sarà da me affrontato in un altro topic ), è nata l'idea di testare come l'H18 riesca ad acchiappare fotoni con il variare dei tempi di posa a parità di sorgente di illuminamento.
Visto che ora grazie alla BREXIT la CCD è ferma da giorni per lo sdoganamento necessario al viaggio verso la casa madre (e pensare che con Terry Platt tra rappresentargli il problema, fare due test da lui suggeriti e spedire il tutto sono state necessarie meno di 24h...) mi sono deciso a riportarvi quanto da me osservato.
Innanzitutto il setup
Ho posto alla distanza di circa 1 metro dal CCD una flat field box (FFB) autocostruita
poi davanti alla finestra in quarzo (a protezione del sensore) dell'H18, priva di ottiche di focalizzazione, ho posto della carta opalina (da disegno tecnico) si da avere, grossomodo, la luce incidente sul sensore uniformemente diffusa almeno sull'area centrale (un rettangolo di circa 24000 pixel) del CCD per poi procedere con le misure...
Ovviamente tutte le misure sono state fatte al buio, di notte, con la luce della FFB "messa al minimo" e con lo schermo del PC disattivato durante le riprese.
Le misure, sia di taratura del flusso che di analisi del suo andamento in funzione del variare delle esposizioni, sono sempre statistiche e riferite al valore medio (average) degli ADU registrati entro un rettangolo (piccolo di 24090 pixel) posto al centro del frame. In buona sostanza "l'average ADU" è uguale alla somma di tutti gli ADU dei pixel del riquadro divisa per il numero degli stessi pixel.
Allego, quale esempio, il jpg derivato da un FIT di una ripresa della luce proveniente dalla FFB; in questo caso l'ADU average era di 3108 ADU.Al centro, in rosso, il riquadro di 24090 pixel utilizzato in ogni frame per l'analisi statistica di quanto percepito dal CCD.
Il primo problema che ho dovuto affrontare, per dare coerenza alle misure fatte, è stato quello di uniformare nel tempo la sorgente di illuminamento.
Difatti la FFB, alimentata dalla rete elettrica domestica, poteva variare (anche impercettibilmente) il suo flusso luminoso irraggiato con una conseguente poca accuratezza delle misure.
Per far questo, ad intervalli "regolari", tra un gruppo di riprese ed un altro, ho fatto delle riprese di taratura (sempre di 30 sec) e degli ADU percepiti ne ho fatto la media (nel senso sopra citato) e ho stimato lo scostamento di ogni ripresa (di taratura) rispetto tale valore medio (lo scostamento in percentuale, è stato poi tradotto in un fattore di normalizzazione: ΔFL).
Quindi ho raccolto per determinati intervalli l'andamento del flusso luminoso proveniente dalla sorgente e ho trascritto su di una tabella e riportati su di un grafico i valori letti .
questo il grafico
Come si vede durante tutto il test, la massima variazione registrata di flusso luminoso proveniente dalla FFB è stata sempre inferiore all'1.5%. Quindi, con "buona" approssimazione, sono stati trovati i coefficenti di correzione per normalizzare le riprese fatte (in ADUc dove c sta per ADU corretti della variazione di flusso; vds tabella seguente).
Prima di parlare delle riprese, preciso che, ovviamente, ho sottratto a queste l'offset della camera (o bias) mentre non ho tenuto conto del dark frame vista l'onerosità della cosa (innumerevoli riprese di tempi diversi) rispetto il reale vantaggio di sottrarre anche la corrente di buio ai singoli frame acquisiti. Difatti da conti fatti con AA7 (tool "statistica" di un riquadro) anche nelle esposizioni più lunghe del test, lo scostamento statistico tra gli ADU (average) di un frame sottratto del solo bias e quelli dello stesso sottratto del bias e del dark era in ragione di una differenza di una parte su diecimila circa... quindi trascurabile per questo test.
Questa la tabella delle riprese fatte
dai valori ADUc (normalizzati per una sorgente di illuminamento costante) si ottiene il grafico
e questo è un dettaglio dello stesso nella regione "dei conteggi bassi" degli ADU registrati
La zona di linearità del sensore si colloca tra le misure L1 (660 ADU circa) ed L2 (intorno a 56000 ADU). Dalle misure fatte, prima di 600 ADU l'andamento è pressoché "lineare" anche se sono presenti delle piccole, ma non trascurabili, variazioni della pendenza della curva (che è una retta) lungo il tratto delle misure fatte. Dopo i 56000 ADU, il CCD non si comporta più in maniera lineare e ad un crescente bagno di fotoni vi è un incremento, via via di sempre meno ADU.
Nella posa più lunga (80 sec) quando il valore medio degli ADU si attesta a poco meno di 57000, tutte le colonne vanno in blooming.
La linearità di un CCD, di solito viene misurata valutando lo scostamento tra le caratteristiche ideali (di risposta lineare in termini di volt, poi tradotti in ADU, in funzione dell'esposizione del sensore a parità di illuminamento I) e quelle reali (o misurate). Quindi, campionando a 16 bit, in un range (con buon peso) tra 600 e 57000 ADU tale CCD può essere utilizzata con profitto anche per indagini fotometriche degli oggetti della volta celeste. Si tratta ora di valutare la bontà di tale linearità.
Giorgio
Prima che il mio fidato e "datato" CCD della Starlight Xpress (il modello SXVR-H18) presentasse dei problemi di alimentazione (non solo lui a dire il vero... ), discutendo con Paolo sulla "strana" risposta spettrale misurata di alcuni filtri per fotometria (ma questo sarà da me affrontato in un altro topic ), è nata l'idea di testare come l'H18 riesca ad acchiappare fotoni con il variare dei tempi di posa a parità di sorgente di illuminamento.
Visto che ora grazie alla BREXIT la CCD è ferma da giorni per lo sdoganamento necessario al viaggio verso la casa madre (e pensare che con Terry Platt tra rappresentargli il problema, fare due test da lui suggeriti e spedire il tutto sono state necessarie meno di 24h...) mi sono deciso a riportarvi quanto da me osservato.
Innanzitutto il setup
Ho posto alla distanza di circa 1 metro dal CCD una flat field box (FFB) autocostruita
poi davanti alla finestra in quarzo (a protezione del sensore) dell'H18, priva di ottiche di focalizzazione, ho posto della carta opalina (da disegno tecnico) si da avere, grossomodo, la luce incidente sul sensore uniformemente diffusa almeno sull'area centrale (un rettangolo di circa 24000 pixel) del CCD per poi procedere con le misure...
Ovviamente tutte le misure sono state fatte al buio, di notte, con la luce della FFB "messa al minimo" e con lo schermo del PC disattivato durante le riprese.
Le misure, sia di taratura del flusso che di analisi del suo andamento in funzione del variare delle esposizioni, sono sempre statistiche e riferite al valore medio (average) degli ADU registrati entro un rettangolo (piccolo di 24090 pixel) posto al centro del frame. In buona sostanza "l'average ADU" è uguale alla somma di tutti gli ADU dei pixel del riquadro divisa per il numero degli stessi pixel.
Allego, quale esempio, il jpg derivato da un FIT di una ripresa della luce proveniente dalla FFB; in questo caso l'ADU average era di 3108 ADU.Al centro, in rosso, il riquadro di 24090 pixel utilizzato in ogni frame per l'analisi statistica di quanto percepito dal CCD.
Il primo problema che ho dovuto affrontare, per dare coerenza alle misure fatte, è stato quello di uniformare nel tempo la sorgente di illuminamento.
Difatti la FFB, alimentata dalla rete elettrica domestica, poteva variare (anche impercettibilmente) il suo flusso luminoso irraggiato con una conseguente poca accuratezza delle misure.
Per far questo, ad intervalli "regolari", tra un gruppo di riprese ed un altro, ho fatto delle riprese di taratura (sempre di 30 sec) e degli ADU percepiti ne ho fatto la media (nel senso sopra citato) e ho stimato lo scostamento di ogni ripresa (di taratura) rispetto tale valore medio (lo scostamento in percentuale, è stato poi tradotto in un fattore di normalizzazione: ΔFL).
Quindi ho raccolto per determinati intervalli l'andamento del flusso luminoso proveniente dalla sorgente e ho trascritto su di una tabella e riportati su di un grafico i valori letti .
questo il grafico
Come si vede durante tutto il test, la massima variazione registrata di flusso luminoso proveniente dalla FFB è stata sempre inferiore all'1.5%. Quindi, con "buona" approssimazione, sono stati trovati i coefficenti di correzione per normalizzare le riprese fatte (in ADUc dove c sta per ADU corretti della variazione di flusso; vds tabella seguente).
Prima di parlare delle riprese, preciso che, ovviamente, ho sottratto a queste l'offset della camera (o bias) mentre non ho tenuto conto del dark frame vista l'onerosità della cosa (innumerevoli riprese di tempi diversi) rispetto il reale vantaggio di sottrarre anche la corrente di buio ai singoli frame acquisiti. Difatti da conti fatti con AA7 (tool "statistica" di un riquadro) anche nelle esposizioni più lunghe del test, lo scostamento statistico tra gli ADU (average) di un frame sottratto del solo bias e quelli dello stesso sottratto del bias e del dark era in ragione di una differenza di una parte su diecimila circa... quindi trascurabile per questo test.
Questa la tabella delle riprese fatte
dai valori ADUc (normalizzati per una sorgente di illuminamento costante) si ottiene il grafico
e questo è un dettaglio dello stesso nella regione "dei conteggi bassi" degli ADU registrati
La zona di linearità del sensore si colloca tra le misure L1 (660 ADU circa) ed L2 (intorno a 56000 ADU). Dalle misure fatte, prima di 600 ADU l'andamento è pressoché "lineare" anche se sono presenti delle piccole, ma non trascurabili, variazioni della pendenza della curva (che è una retta) lungo il tratto delle misure fatte. Dopo i 56000 ADU, il CCD non si comporta più in maniera lineare e ad un crescente bagno di fotoni vi è un incremento, via via di sempre meno ADU.
Nella posa più lunga (80 sec) quando il valore medio degli ADU si attesta a poco meno di 57000, tutte le colonne vanno in blooming.
La linearità di un CCD, di solito viene misurata valutando lo scostamento tra le caratteristiche ideali (di risposta lineare in termini di volt, poi tradotti in ADU, in funzione dell'esposizione del sensore a parità di illuminamento I) e quelle reali (o misurate). Quindi, campionando a 16 bit, in un range (con buon peso) tra 600 e 57000 ADU tale CCD può essere utilizzata con profitto anche per indagini fotometriche degli oggetti della volta celeste. Si tratta ora di valutare la bontà di tale linearità.
Giorgio